預應力現澆箱梁設計

摘 要:隨著國家道路橋梁的不斷發展，對橋梁的要求越來越高，除了滿足基本的使用功能外，橋梁還成為人們生活、美化城市景觀、旅游觀光等的重要組成部分。但是在一次次地震及事故中也體現了橋梁設計、施工和管理方面存在的缺陷，橋梁設計尤為重要。本文就遼開高速公路K6+288對面公公分離(主線上跨)現澆箱梁設計進行闡述。

關鍵詞:現澆箱梁 設計

中圖分類號:U445文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(b)-0074-02

1 工程概況

遼開高速公路(西豐至開原段)為國家高速公路網的一條連接線，是吉林省遼源地區及遼開高速沿線地區進關的快速通道。工程起點位于西豐縣安民鎮，終點位于開原市，和現有的沈哈高速公路連接。沿線和省道遼開線(S301)平行，2處跨越省道(S301)，3處跨越鐵路，多處跨越縣道及鄉道。其中，對面公公分離式立交(主線上跨)位于西豐縣安民鎮，跨越省道遼開線(S301)，中心樁號K6+288，孔徑布置為左幅20+27+40+30，右幅30+40+27+20米。設計角度90度，橋梁全長125.0米。省道遼開線(S301)為規劃二級，路基寬度為18米，其凈空不小于5.5m。高速公路與省道遼開線交角為142.5°。

對面公公分離(主線上跨)橋區位于吉黑褶皺系一級構造單元上，構造較發育，未見明顯活動跡象，地殼穩定。地震動峰值加速度為0.05g。橋區地貌為河流沖積階地及河床漫灘區，地勢平坦;地下水類型為第四系孔隙潛水。該橋揭露的地層主要為第四系素填土、粉質粘土、卵石、圓礫，華力西期侵入巖二長花崗巖。標準凍深1.4m。

2 橋型結構設計

在滿足使用功能的前提下，因地制宜地選擇橋梁結構形式，做到技術先進，經濟合理，安全可靠，輕巧美觀，施工方便的原則，因此對面公公分離(主線上跨)上部結構采用預應力現澆連續箱梁結構，下部結構采用柱式墩、樁基礎，肋板臺、樁基礎。

本橋采用預應力連續箱梁結構的優點:(1)高速公路與省道(S301)交叉角度為142.5°，交角較大，省道以及高速公路的交通量較大，且地震動峰加速度為0.05g，從功能上現澆箱梁連續結構整體性能較其他結構好。(2)由于本橋位于安民鎮郊，采用現澆連續箱梁線型美觀，安全性能高。3)由于遼開高速公路施工工期短，采用現澆連續箱梁結構，在氣溫回升前可以進行鋼筋加工與安裝，氣溫一回升便可以進行混凝土澆筑，縮短施工工期。(4)在施工時候采用滿堂紅碗扣支架，跨越省道采用門洞型式，可以對省道進行臨時交通導改，因而不影響道路通行及施工安全。

3 設計技術標準

(1)設計標準:①汽車荷載等級:公路—Ⅰ級。②設計洪水頻率:1/100。③結構設計安全等級:一級。④地震動峰值加速度: 0.05g。⑤橋梁抗震設防類別: B類。⑥環境類別:Ⅱ類。⑦設計寬度:路基全寬26.0m，橋梁全寬25.50m，橋面凈寬2×11.25m。

(2)技術規范:①《公路工程技術標準》(JTG B01-2003);②《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60-2004);③《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004);④《公路圬工橋涵設計規范》(JTG D61-2005);⑤《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTG D63-2007);⑥《公路工程抗震設計細則》(JTG/T B02-01-2008);⑦《公路橋涵施工技術規范》(JTJ041-2000)⑧遼寧省交通勘測設計院《高速公路施工圖設計通用技術指導書》302-2009。

4 箱梁設計及施工要點

4.1 現澆箱梁設計情況

(1)本橋預應力混凝土箱梁橫截面為單箱單室截面，梁高為2.3m，箱梁頂板寬12.3m，底板寬6.5m，兩側翼緣懸臂長度2.90m。箱梁頂、底板在邊支點厚45cm，其余梁段頂板厚27cm，底板厚25cm;腹板寬度在邊跨支點、中跨支點附近梁段范圍內90cm，跨中附近梁段范圍內腹板寬度為50cm，各孔變寬段通過7m(20m孔為6m)過渡。

(2)箱梁左右腹板為等高度，箱梁腹板鉛垂，頂底板橫坡同橋面橫坡。

(3)連續箱梁中支點處設置中橫隔梁(200cm)，邊支點處設置端橫隔梁(140cm)，均采用雙支座。

(4)為施工方便，連續箱梁每個邊跨均預留1個施工天窗，每個中跨均預留兩個施工天窗(100cm×100cm)，待主梁施工完成取出內模后，應按等強度原則恢復天窗范圍內的主梁鋼筋并澆筑C50微膨脹混凝土封頂。

4.2 結構計算

(1)預應力混凝土等截面連續梁及簡支箱梁縱橋向采用同濟大學“橋梁博士V3.2.0”程序進行內力分析、配束及配筋，預應力混凝土等截面連續梁按A類構件設計，全預應力構件校核。

(2)橋墩、橋臺基礎沉降均按0.5cm考慮，設計時按其最不利情況進行組合。

(3)連續箱梁計算極限組合計入預二次矩、收縮徐變、溫度、沉降。

(4)連續箱梁計算時，管道摩阻系數:0.15;局部偏差系數:0.0015。

(5)溫度梯度:正溫差:T1=15.8℃，T2=5.86℃;反溫差:T1=-7.9℃，T2=-2.93℃。

(6)升降溫差:升溫20℃，降溫40℃。

4.3 現澆箱梁施工要求

(1)采用滿堂紅支架施工。搭支架前對地面進行整平，采用砂礫換填碾壓，支架下設方木底座等措施以防地基沉降對梁體產生不良影響。現澆連續結構滿堂支架的強度、剛度和穩定性經過計算符合《公路橋涵施工技術規范》要求。澆筑混凝土前必須對支架進行等恒載預壓(最好采用1.2倍橋梁荷載)，以消除支架的塑性變形及部分彈性變形的不利影響。

(2)本橋所用的鋼絞為高強度低松弛鋼絞線，公稱直徑15.2mm，公稱面積140mm2，標準強度均為fpk=1860MPa，彈性模量Ep=1.95×105MPa，延伸率不小于3.5%。施工前應對現場所進的鋼絞線做彈性模量試驗，根據試驗的數值對設計提供的延伸量的數值進行換算后為延伸量的控制值。

(3)為減小水化熱及混凝土收縮徐變，混凝土配置時應嚴格控制水泥用量不超500kg/m3，水灰比控制在0.45以下。由于受施工條件制約，箱梁的澆筑可能需要很長時間，所以施工時應盡可能延長混凝土的初凝時間，可在混凝土中添入緩凝劑。

(4)箱梁設計時沒有考慮橋梁縱坡及豎曲線影響，其縱向尺寸為投影尺寸，施工時箱梁頂底面應順應路線縱坡變化。箱梁經計算不需要設置預拱度，但設計未考慮支架彈性壓縮等施工因素引起的箱梁拱度變化。

(5)箱梁混凝土澆筑按先中跨后邊跨、先跨中后支點的順序進行，為避免混凝土收縮和徐變導致接縫處的縱向開裂，施工采用一次澆筑成型，混凝土應振搗均勻，防止漏振或過振。振搗過程中應防止預留孔道的波紋管變位，尤其應避免管道上浮。混凝土澆筑完成后加強養生工作，特別要注意混凝土的濕潤養護及箱梁內外通風，防止箱梁內外溫差較大。

(6)預應力管道采用預埋塑料波紋管成孔，設置波紋管前應對每一根波紋管進行檢查，防止波紋管存在空洞、燒傷等，從而造成混凝土澆筑時候的漏漿。波紋管安裝位置必須保證準確無誤。對在混凝土澆筑及養生之前安裝在管道中的預應力筋，應采取防止銹蝕或其他防止腐蝕的措施，直至管道壓漿結束。

(7)箱梁張拉:必須在箱梁混凝土的強度達到100%及齡期達到14天以上時方可施加預應力，張拉主梁、橫梁預應力鋼束時，保證支架有足夠的剛度，尤其在橋墩處橫向有其他可靠支撐，保證張拉主梁預應力時橫梁受力均勻、安全。張拉順序嚴格設計順序進行。

(8)連續梁采用雙側張拉，張拉時應先張拉主梁縱向預應力，然后張拉橋面板橫向預應力。張拉后孔道應盡早壓漿，壓漿過程中及壓漿后48h內，結構混凝土的溫度不得低于5℃，當氣溫高于35℃時，壓漿宜在夜間進行。壓漿強度為達到100%前，梁體不得受荷。

(9)預應力鋼束張拉采用雙控指標控制，即張拉力和延伸量控制，以張拉力為主，延伸量校核。張拉程序:0→初應力(0.10σk)→1.0σk (持荷2min)→錨固。預應力鋼束的張拉工藝和要求按照《公路橋涵施工技術規范》(JTJ 041-2000)中有關條文進行。

(10)預應力鋼束控制張拉應力及張拉力詳見設計圖紙，張拉應力和張拉力均為不計入錨杯局部摩阻損失的數值。施工時應根據所采用錨具的錨杯局部摩阻損失調整實際張拉力。

(11)管道壓漿采用時應按照《公路橋涵施工技術規范》的有關規定嚴格執行，確保壓漿質量。預應力混凝土箱梁的預應力管道采用真空輔助壓漿技術。壓漿前應對管道進行清潔處理，預應力鋼束張拉完成后應盡早進行孔道壓漿。

真空輔助壓漿施工時應注意以下幾點:①水泥采用P.O42.5以上普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.3～0.35，可摻入適量減水劑增加流動性。拌合后3h泌水率控制在2%。漿體流動度≤30s(拌合后完成)。適量摻入微膨脹劑高強硅灰，以彌補漿體硬化時的收縮，微膨脹劑不得降低混凝土強度，硅灰摻量為20.0kg／m3。②波紋管采用正規廠家的合格產品。波紋管定位牢固，接縫牢固密封，進漿口排氣口順暢。管道峰位應埋設排氣管。③錨具應具有密封性，張拉完成后應對錨頭采用水泥砂漿等措施進行密封。④壓漿前關閉所有排氣閥門，啟動真空泵十分鐘，真空度應達到-0.08～-0.1MPa，若達不到應重新檢查各處封口，再試抽真空。⑤真空度穩定后，保持真空泵運行的同時，往壓漿端的水泥漿入口壓漿。一條波紋管的壓漿必須連續進行，儲漿罐儲漿體積必須大于所要灌注的一條預應力孔道體積。⑥當透明膠管有水泥漿流出后，關閉真空閥，打開排漿閥繼續壓漿。壓漿至漿體連續噴出且稠度與壓入相當時，關閉排漿閥至壓力0.7MPa左右，持壓2min后關閉排漿閥。⑦持壓過程中應從低至高逐一打開埋設于波紋管各峰頂排氣管，排出殘余空氣及泌水，保證漿體飽滿。待漿體失去流動性后才可拆除壓漿閥及排氣閥。⑧施工時應有具有真空壓漿施工經驗的預應力體系生產廠家進行技術指導。泌水率及膨脹率的實驗方法參見有關規范。

(12)施工時應嚴格按照有關圖紙所示，設置相應的預埋鋼筋，伸縮縫槽口的位置應提前預留。伸縮縫由于采用后裝，伸縮縫槽口處應采取必要遮擋措施，防止雜物掉入梁端間隙。

(13)施工天窗應按設計尺寸施工，嚴禁不經設計同意修改天窗尺寸。施工天窗混凝土內摻入不大于12%(替代水泥率)的膨脹劑，膨脹率應在0.03%左右，施工單位應通過試驗確定最佳摻量。

(14)孔道壓注水泥漿強度達到設計強度后方可拆除滿堂支架，宜從跨中向支座依次循環卸落。

(15)孔道壓注水泥漿完畢后，應立即按設計要求進行封錨混凝土澆筑，保證錨具不被腐蝕，并使結構混凝土達到設計強度。

5 結語

在橋梁設計時，應本著技術先進、經濟合理美觀實用，降低成本，安全舒適的原則進行設計。在設計中不能只為了完成任務而去設計，同時還應考慮施工中存在的困難，以及施工中不容易控制好的特殊點及關鍵點。做到橋梁設計的百年大計以及橋梁與周圍環境的協調一致。

參考文獻

[1]中華人民共和國交通部標準.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范(JTJ D62-2004).北京:人民交通出版社，2004.

[2]中華人民共和國交通部標準.公路工程技術標準(JTJ B01-2003).北京:人民交通出版社，2004.